Procédé de fabrication de produits micro-poreux
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de produits micro-poreux.
Ce procédé est caractérisé en ce que l'on façonne un mélange homogène comprenant une substance thermoplastique, une matière solide finement divisée, destinée à amener la formation de pores, un solvant de la substance thermoplastique impropre à altérer ladite matière solide et un liquide pratiquement inerte à l'égard de la substance thermoplastique et non miscible, avec ledit solvant, on élimine le solvant des produits façonnés, puis, par un traitement comprenant une extraction à l'aide d'un liquide, on élimine en même temps la matière solide finement divisée, destinée à amener la formation de pores et ledit liquide inerte, de façon à obtenir un produit microporeux.
Cette invention constitue une amélioration ou une modification de l'invention faisant l'objet du brevet suisse N 240650.
Le choix de la matière pour la formation des micro-pores est limité par le fait que ladite matière doit pouvoir exister sous forme d'une poudre impalpable et homogène et qu'elle doit, d'autre part, se prêter facilement à un processus de lixiviation ou de lessivage pour l'extraire des produits façonnés. Le prix de revient et la technique de fabrication sont également des facteurs déterminants.
L'invention repose sur la constatation que l'enrobage des grains de la substance destinée à former les pores dans la matière thermopias- tique peut être contrôlé et la micro-porosité du produit fini augmentée par la présence d'un liquide inerte à l'égard de la matière thermoplastique et non miscible avec son solvant. Cet adjuvant liquide est extrait au cours de l'opération de lixiviation subséquente. De nombreux liquides se prêtent à l'usage susmentionné. Les plus accessibles sont l'eau et les alcools polyvalents, tels que le glycol éthylénique, le glycol propylénique et la glycérine. I1 suffit d'une très petite proportion d'un liquide de ce genre dans la pâte pour accroître la perméabilité du produit fini.
L'adjonction à la pâte d'un tel liquide est particulièrement avantageuse lorsque les particules destinées à former les pores sont constituées par un sel, tel que le chlorure de sodium. En effet, si l'on fait usage d'un sel de ce genre pour former les pores, il ne peut être question de produire un gonflement de ces particules, comme cela se pratique lorsque lesdites particules sont constituées par de l'amidon. Dans cette alternative, on risque bien de ne pas pouvoir extraire entièrement par lixiviation les grains de sel enrobés dans la matière plastique.
Le dessin annexé met en relief les avantages du procédé selon l'invention
A la fig. 1, la substance pulvérisée destinée à constituer les pores 1 est représentée schématiquement, les grains étant dispersés et entièrement enrobés dans la substance thermoplastique 2.
A la fig. 2, ladite substance pulvérisée destinée à constituer les pores de la matière thermoplastique 2 est montrée après adjonction d'un liquide 3 qui ne se mélange pas avec les substances en présence. Ce liquide 3 se présente dans la figure sous forme de gouttes qui parviennent effectivement à créer une discontinuité dans la matière thermoplastique et rompre ainsi l'enrobage des particules solides qui s'y trouvent. Cet artifice de fabrication facilite le lessivage ou la lixiviation de la substance employée pour former des pores, car elle met en communication tous les pores, par une série de capillaires dont la section et la position correspondent aux positions et aux dimensions des petites gouttes du liquide adjuvant non miscible. Celui-ci sera également éliminé du produit fini dans la phase de lessivage.
Voici un exemple d'exécution du présent procédé : on mélange 100 parties en poids de chlorure de polyvinyle non plastifié à 700 parties de chlorure de sodium pulvérisé, à 200 parties de méthyl-cyclohexanone et enfin à 25 parties de glycérine. Le malaxage de ces matières est réalisé à environ 1000 C dans un récipient fermé. Cette opération dure environ deux heures. La pâte qui en résulte est transférée dans un alimentateur à vis hélicoïdale d'où elle ressort pressée en feuille d'environ 2,5 mm d'épaisseur; elle est immédiatement ramenée par calandrage à environ 0,5 mm d'épaisseur. Le méthyl-cyclohexanone est éliminé par évaporation ; le produit est ensuite traité par lixiviation à l'eau, bouillante de préférence, pour en extraire les particules de sel et la glycérine. Pour terminer, le produit est séché.
Si l'on utilise due l'eau comme liquide non miscible avec le solvant organique de la matière thermoplastique, on ajoutera 50 parties d'eau à la place des 25 parties de glycérine prévues précédemment. I1 n'y aura pas d'autres modifications à la mise en oeuvre du procédé. Certes l'eau agit comme solvant sur la substance utilisée pour la formation des pores, pour autant que ladite substance est soluble dans l'eau, ce qui est évidemment le cas lorsqu'il s'agit de chlorure de sodium. Néanmoins, utilisée dans les proportions stipulées, l'eau n'exerce aucune action indésirable sur la qualité du produit fini. Quoi qu'il en soit, on donne la préférence aux liquides à point d'ébullition élevé, du fait que lorsqu'on utilise de l'eau il se produit des pertes de liquide par évaporation dans la phase de malaxage et d'homogénéisation.
L'amélioration dans la perméabilité du produit fini, réalisée grâce à l'utilisation d'un liquide inerte non miscible au solvant que l'on mélange à la pâte, peut être très appréciable.
Elle variera dans une certaine mesure selon la quantité de liquide utilisé. Dans l'exemple susmentionné, où il était question de 25 parties de glycérine, la perméabilité sera, pour fixer les idées, équivalente à 100. Si l'on emploie 15 parties de glycérine, la perméabilité du produit fini ne sera que de 25. Avec 10 parties de glycérine, on obtiendra une perméabilité relative de 8. Sans glycérine du tout, la perméabilité à l'air du produit fini serait pratiquement nulle.
Un autre avantage de l'adjonction d'un liquide inerte et non miscible réside dans le fait que l'opération de lessivage s'en trouve accélérée dans une forte proportion.
L'amidon est une matière convenable pour obtenir un degré satisfaisant de micro-porosité du produit fini. L'avantage de l'amidon réside également dans le fait que toutes les qualités d'amidon, y compris l'amidon de maïs, sont constituées de particules pratiquement de même grosseur. Ceci permet donc la fabrication d'un produit micro-poreux dont les pores ont tous pratiquement les mêmes dimensions. Ce détail a son importance, car la circulation d'un flux liquide ou gazeux dans un produit dont les pores sont réguliers se répartira sur toute la surface du matériel. En revanche, si le matériel comporte des pores larges et des pores minuscules, ceux-ci ne fonctionneront pratiquement pas.
Ce n'est certes pas facile de préparer des particules de sel qui soient de même grosseur.
Le broyage de cette matière donne des particules dont la dimension varie fortement. I1 est donc indispensable, dans ce cas, de mettre en oeuvre un processus compliqué pour séparer et classifier ces particules, de telle sorte que les particules les plus grossières en sont éliminées et, cas échéant, rebroyées. Malgré cette précaution, on obtiendra en définitive des particules de diamètre encore très variable. Les plus grosses seront approximativement vingt fois plus volumineuses que les petites.
De très bons résultats, en revanche, ont été obtenus par pulvérisation et séchage immédiat d'une solution aqueuse de sel. Par exemple, on fait couler une solution à 25 O/o de chlorure de sodium sur un disque métallique animé d'un mouvement giratoire, qui projette la solution saline en gouttes minuscules dans un espace fermé, chauffé à l'air chaud. L'eau de la goutte est immédiatement évaporée en laissant un résidu de sel constitué de particules impalpables. En opérant dans de bonnes conditions, on obtient des particules dont le diamètre varie entre 0,02 mm et 0,05 mm. Les quelques particules plus grossières qui se trouvent malgré tout mélangées aux autres sont éliminées par tamisage sur un tamis de fils de soie de 150 mailles. Ce tamisage permettra d'éliminer toutes les particules dont le diamètre est supérieur à 0,1 mm.
Il est nécessaire, dans bien des circonstances, de conférer une certaine élasticité et extensibilité au produit fini. On ajoutera dans ce cas une matière plastifiante à la pâte. Dans le mélange donné ci-après, à titre d'exemple, on ajoute du dibutyl-phtalate comme plastifiant du chlorure de polyvinyle. Ce plastifiant se trouve encore dans la pâte après évaporation du méthyl-cyclohexanone et après lessivage du sel et de la glycérine
chlorure de polyvinyle 100 parties
dibutyl-phtalate 75
chlorure de sodium 700
méthyl-cyclohexanone 170
glycérine 5
Mais il est préférable d'utiliser un plastifiant non migrateur, eu égard à la très grande porosité du matériel fini. En effet, un plastifiant du type dibutyl-phtalate, par exemple, aura toujours la tendance de s'écouler du mélange en cours de fabrication, par exsudation.
Le cébaçate de polypropylène n'offre par contre pas cet inconvénient. I1 doit être mélangé à la pâte dans un malaxeur chauffé à la vapeur à la température de 950 à 1000 C.
L'opération dure environ deux heures. Dans ce cas, on utilisera la glycérine comme liquide inerte non miscible. Formule de mélange, à titre d'exemple
chlorure de polyvinyle 100 parties
cébaçate de polypropylène 100
chlorure de sodium 700
méthyl-cyclohexanone 180
glycérine 5
D'autres substances thermoplastiques que le chlorure de polyvinyle peuvent être utilisées soit, par exemple, certains polymères résultant de la polymérisation d'halogénure de vinyle avec d'autres monomères éthyléniques, du type CH, =Ci
On peut citer, à titre d'exemple les copolymères obtenus à partir des chlorures de vinyle et de vinylidène.
Si le produit micro-poreux doit avoir une certaine élasticité et extensibilité, on constatera que la plasticité interne résultant de la structure propre au copolymère est un avantage qui permet de diminuer la proportion de plastifiant normalement nécessaire à la fabrication.
Le caoutchouc est un matériel essentiellement thermoplastique, pour autant, cependant, qu'il n'est pas encore vulcanisé. I1 peut être utilisé en tant que matière thermoplastique dans le procédé selon l'invention. Ainsi, une pâte constituée par un mélange de caoutchouc, d'agents vulcanisants, de particules fines pour constituer les pores du produit fini d'un solvant pour le caoutchouc et d'un liquide inerte et non miscible, tel que la glycérine, pourra être moulé à volonté, avant l'évaporation du solvant. Lorsque le mélange en question se trouvera dans la phase qui permet l'élimination subséquente des particules fines qu'il contient, on le soumettra à un traitement de vulcanisation, à la température de 1400 C, par exemple. Ce traitement d'une durée de quatre heures sera suivi de l'élimination de la glycérine et desdites particules.
Exemple d'application du présent procédé à la fabrication de feuilles de caoutchouc micro-poreux : on mélange 10,350 kg de caoutchouc naturel avec 45 kg d'amidon de maïs, 2,835 kg de soufre, 180 gr de diphényle guanidine et, enfin, 225 gr d'oxyde de zinc.
Le mélange se fait dans un malaxeur à cylindres. Une fois homogénéisée, la pâte est transférée dans un second mélangeur où l'on y ajoute 13,500 kg de méthyl-cyclohexanone, ainsi que 5 parties de glycérine. Un condensateur à reflux est ajusté à ce deuxième mélangeur qui est maintenu à la température de 600 C. La pâte malaxée est ensuite transférée dans un dispositif à vis hélicoïdale d'où elle sort pressée en feuilles de 0,5 mm d'épaisseur environ. Le solvant est ensuite éliminé dans une chambre chaude à la température de I 000 C. La feuille qui en sort est débitée en morceaux. Une feuille de papier est intercalée entre deux feuilles du produit micro-poreux avant de les passer à l'autoclave de vulcanisation.
Après la vulcanisation, les feuilles sont traitées pendant une heure par une lessive d'hydrate de soude à 1 o/o et à 100 C, traitement qui est suivi d'un lessivage de 30 minutes, à l'eau bouillante. Pour terminer, les feuilles sont séchées à environ 600 C. Le mélange donné ci-dessus à titre d'exemple, ainsi que les phases de fabrication décrites, sont destinés à convertir le caoutchouc en ébonite. I1 est évident que l'on pourra obtenir un produit fini d'une plus grande élasticité, en réduisant la proportion relative des vulcanisateurs ajoutés au mélange, ainsi que la durée de la vulcanisation.
Dans les exemples susmentionnés, il a été question de la méthyl-cyclohexanone comme solvant. D'autres solvants, tels que Fisopho rone, pourront également être utilisés.
Les principales applications des produits micro-poreux ainsi obtenus sont la fabrication de cloisons intérieures de batteries d'accumulateurs, de diaphragmes de filtration et de coussinets absorbants (pour encreurs de tampons, par exemple).